Счетчик импульсов и блок индикации

В качестве счетчика импульсов используем микросхему CD4026E (аналог К176ИЕ4) – десятичный счетчик с дешифратором. Характеристики микросхемы указаны в Приложении Л. Схема счетчика импульсов с индикатором представлена на рис.25.

Рис.25. Схема счетчика импульсов с индикатором

Дешифратор предназначен для «зажигания» семисегментных индикаторов. Тактовая частота f подается на вывод 4. На выводах 2 и 3 выделяются последовательности с частотами соответственно f/10 и f/4. Выводы 8, 9, 10, 11, 12, 13 и 1 – это выводы для присоединения к каждому из семи сегментов цифрового индикатора HG1: от a до g соответственно. Так как индикатор светодиодный, то вывод 6 счетчика мы заземляем.

Для электролюминесцентного индикатора на этот вывод G подается модулирующая импульсная последовательность с частотой 32 или 64 кГц. Сброс показаний индикатора в нуль дается по входу R (вывод 5).

Резисторы R30…R36 на выводах 1, 8-13 уменьшают напряжение питания. Сопротивление резисторов возьмем из номинального ряда сопротивлений Е192 – 260 Ом.

В качестве индикатора используем семисегментный индикатор КИПЦ21А – 5/8К. Характеристики индикатора указаны в Приложении М. На рис.25 показана схема одного каскада. Блок индикации содержит 5 таких каскадов, последовательно соединенных между собой.

8. Расчет блока питания

Блок питания должен содержать силовой стандартный трансформатор, рассчитанный на работу от промышленной сети переменного тока напряжением, равным 220В±10%, частотой 50 Гц, выпрямители для получения постоянных напряжений, необходимых для работы интегральных стабилизаторов, которые выдают необходимый набор питающих напряжений:

±15 В – для питания измерительного усилителя и электронного аналогового ключа

+5 и +10 В – для питания частотомера

+5 В – для питания логического блока.

На рис.26 изображена схема блока питания.

Рис.26. Схема блока питания

Рассчитаем мощность, потребляемую проектируемым устройством (таблица 5).

Таблица 5. «Мощности потребления элементов

проектируемого устройства»

Микросхема	Количество	Uпит, В	Iпот, мА (для каждой микросхемы)	Pпот, мВт
КР140УД26			4,7	70,5
КР590КН9			0,2
К155ЛА3
К155ТЛ1
К155ЛН1
К155ИЕ4
К555ИЕ5			11,5	68,5
К155ЛИ1
К555ЛЕ1			-
К155ЛА4			16,5	82,5
CD4026E			-	0,0004
КИПЦ21А – 5/8К

Суммарный потребляемый ток данных микросхем и нагрузки усилителя

Iпот = 273,9 мА=0,2739 А.

Суммарная мощность потребления данных микросхем и нагрузки усилителя Рпот=1781,5004 мВт = 1,7815004 Вт.

Исходя из всех найденных параметров, выберем трансформатор ТПП-248-127/220-50 (рис.27) мощностью 14,5 Вт, с номинальным током во вторичных обмотках 0,165 А. Напряжение на выводах вторичных обмоток составляет 20 В (кроме выводов 19-20 и 21-22).

Характеристики трансформатора указаны в Приложении Н.

Рис.27. Схема трансформатора ТПП-248-127/220-50

Выберем для создания источника напряжения +5 В обмотку II трансформатора (вывода 11-12) с номинальным напряжением 20 В, для создания источника напряжения +10 В – обмотку III трансформатора (вывода 13-14) с номинальным напряжением 20 В, обмотки IV и IV’ (вывода 15-16 и 17-18) с номинальным напряжением 20 В – для создания источника напряжения ±15 В.

Для того, чтобы защитить блок питания от перегрева, установим на первичной обмотке трансформатора предохранитель FU1. В данной работе используется предохранитель ADAGIO 124/60 А.

В качестве выпрямителя выбираем мостовую схему, обладающую относительно небольшим обратным напряжением.

Используем блок выпрямительный КЦ407А с параметрами:

U_{обр max}=400 В;

I _пр =500 мА;

U_пр ≤ 2В.

Выбор выпрямительного блока осуществляется по среднему выпрямительному току и амплитуде обратного напряжения для мостовой схемы:

I _пр.ср = , (28)

где I_0i – ток потребления нагрузки источника питания +5В.

U_{обр max}=1,5 U_0i , (29)

где U_0i – выпрямленное напряжение.

Максимальный ток потребления в данной схеме равен 70 мА для источника +5В; максимальное выпрямленное напряжение равно 20В для источников питания ±15В.

I _пр.ср = мА,

U_{обр max}=1,5*20=30 В.

Следовательно, выпрямительный блок КЦ407А выбран правильно, и его предельные параметры обеспечивают надежную работу источника питания.

Характеристики выпрямительного блока КЦ407А указаны в Приложении О.

Для того, чтобы стабилизировать напряжение питания на вторичных обмотках трансформатора, используются стабилизаторы напряжения.

Для напряжения питания ±15 В используем стабилизатор К142ЕН6А (рис.28), для напряжений питания +5 В и +10 В – стабилизатор mA723 (рис.29).

Рис.28. Схема включения стабилизатора К142ЕН6А

Изменяя напряжение на выводе 2 интегрального стабилизатора, можно изменять выходное напряжение каждого плеча от 5 В до 25 В. Пределы регулировки для обоих плеч устанавливают резисторами R66 и R68. Следует помнить, что максимальная рассеиваемая мощность стабилизатора — 5 Вт (разумеется, при наличии теплоотвода).

R65=1,6 кОм, R66=R68=1 кОм, R67=10 кОм.

С5=С6=С7=С8=1 нФ, C9=C10=0,047 мкФ.

Рис.28. Схема включения стабилизатора mA 723 (для напряжения питания +10 В)

Стабилизатор допускает плавное регулирование выходного напряжения в пределах от 2 до 24 В потенциометром R72. Максимальный выходной ток 1 А. Транзисторы VT1 и VT2 включены по схеме Дарлингтона. Применять ее необязательно, но при таком включении легко обеспечивается коэффициент передачи тока у транзистора VT2, а также нет необходимости контролировать выходной ток микросхемы, который не должен превышать 0,15 А. Транзистор VT2 монтируется на радиаторе, а резистор R71 (сопротивлением примерно 0,6 Ом) – проволочный, изготавливается вручную. Этот резистор обеспечивает срабатывание защиты, когда выходной ток достигает примерно 1,1 А.

R65=4,7 кОм, R70=R73=1,5 кОм, R71=0,6 Ом, R73=25 кОм.

С11=2200 мкФ, C12=47 мкФ, C13=0,68 мкФ, C14=0,1 мкФ.

Аналогично, для напряжения питания +5 В (рис.29):

Рис.29. Схема включения стабилизатора mA 723 (для напряжения питания +5 В)

R74=4,7 кОм, R75=R78=1,5 кОм, R76=0,6 Ом, R77=25 кОм.

С15=2200 мкФ, C16=47 мкФ, C17=0,68 мкФ, C18=0,1 мкФ.

Конденсаторы в стабилизаторах используются для стабилизации напряжения. Характеристики стабилизаторов указаны соответственно в Приложении П и в Приложении Р.

Заключение

В ходе данной курсовой работы был спроектирован измерительный усилитель, по всем параметрам отвечающий требованиям технического задания, а также разработаны логический блок, электронно-счетный частотомер и блок питания.

В схеме измерительного усилителя напряжения использованы быстродействующие прецизионные операционные усилители КР140УД26 с низким уровнем шумов и малым смещением нуля, что обеспечивает низкую погрешность.

Логический блок и элементы частотомера реализованы на цифровых микросхемах ТТЛ. Микросхемы этих типов отличает малая потребляемая мощность. Микросхемы 155 серии обеспечивают заданный уровень входных логических сигналов 0 В и 20 В за счет широкого диапозона их питания от 2 В до 4,5 В.

В источнике питания использован стандартный трансформатор ТПП 248-127/220-50, мостовой выпрямительный блок КЦ407А и интегральные стабилизаторы К142ЕН6А и mA723, что позволило использовать минимальное количество радиоэлементов.

Все элементы, использованные в курсовом проекте, отвечают техническим требованиям, как по условиям эксплуатации, так и по характеристикам быстродействия, энергопотребления и вводимых погрешностей, хотя не учтена экономическая часть, что может отразиться на высокой стоимости разработанных блоков. Характеристики и схемы включения элементов функциональных блоков устройства указаны в соответствующих им приложениях

Список литературы

1. Аналоговые измерительные устройства: Учебн.пособие / В.Г.Гусев, А.В.Мулик; УГАТУ, Уфа, 1996. 147 с.: ил.

2. Электроника и микропроцессорная техника: Учеб. для вузов / В.Г.Гусев, Ю.М.Гусев. – 3-е изд., перераб. и доп. – М.: Высш.шк., 2004. – 790 с.: ил.

3. В.Л. Шило. Популярные цифровые микросхемы: Справочник. – М.: Радио и связь, 1987.

4. Изучение логических элементов, принципов их работы, построение простейших схем генераторов прямоугольных импульсов на их основе: Методические указания к лабораторным работам по дисциплине «Электроника и МПТ» /УГАТУ; Сост.: Т.В. Мирина. Уфа, 2008. – 32 с.

5. Изучение различных типов триггеров, используемых в цифровой электронике: Методические указания к лабораторным работам по дисциплине «Электроника и МПТ» /УГАТУ; Сост.: Т.В. Мирина. Уфа, 2008. – 30 с.

6. Изучение работы счетчиков, используемых в цифровой электронике: Методические указания к лабораторным работам по дисциплине «Электроника и МПТ» /УГАТУ; Сост.: Т.В. Мирина. Уфа, 2008. – 27 с.

Интернет-ресурсы:

1. http://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%A7%D0%B0%D1%81%D1%82%D0%BE%D1%82%D0%BE%D0%BC%D0%B5%D1%80

2. http://www.chipinfo.ru/dsheets/ic/155/la4.html

3. http://www.hard-bbs.narod.ru/radio/I7/7-8.htm

4. http://www.ovchin.narod.ru/radio/bp_cm.html

5. http://vicgain.sdot.ru/spdiod/diodvpms.htm

6. http://www.vt1.ru/mc/194.html

7. http://www.radiolibrary.ru/reference/transformers-tpp/TPP248.html